基于巨电流变液的阵列式微阀门的关键问题研究

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现有信息产品不适用于盲人使用。开发出一套廉价的盲文电子输出装置对普及盲人教育,解决盲人自主获取信息、自主学习问题具有十分重要的社会意义。目前市场上的盲文电子显示装置信息量少、成本高,无法满足盲人群体的阅读需求。研制出大幅面、低成本的盲文电子显示器就成为解决当前视障人群阅读需求与实际收入之间矛盾的重要手段。  电流变液具有电场响应迅速,固、液两态转换可逆性好等特点,能以毫瓦级输入电功率获得千帕级输出的力学性能,是实现微阀门的良好介质;可直接通过电压信号实现阀门压力和流量的控制,为实现大幅面、低成本盲文电子显示器提供了可能性。然而,基于传统电流变液的盲文面阵显示器,因颗粒沉降、无法解决阀门性能持久性问题而搁浅,至今停留在原理样机阶段。如果能够解决阀门工作持久性,就可以开发出基于电流变液的大幅面盲文电子显示器、惠及视障人群。基于极性分子作用的巨电流变液可在相同电场强度下获得高于传统电流变液两个数量级的力学性能输出,纳米级颗粒提高了巨电流变液系统的物理稳定性,大大提升了电流变液的抗沉降性能,为实现大幅面、低成本盲文电子书提供了新的契机。但如何将此类型电流变液应用于大幅面盲文电子显示装置、使之持久工作,仍存在很多关键问题有待研究。  本课题为研究和解决微阀门的使用持久性问题,主要安排了以下研究内容。包括:针对微阀门提出的交变电场和拉伸流场对改善阀门使用持久性的影响规律;以及阵列式阀门的响应同步性问题探究。实验结果显示:  (1)在去除工作电场后,平板式状ER微阀门在长时间工作后出现了阀门自主恢复时间加长,恢复性能变差的问题。将平板状ER微阀门两端的直流电场变换为交变电场能够推迟阀门阻塞的发生,但阀门在长时间工作后仍然会出现明显的阀门阻塞情况,因此不能作为解决阀门长时间工作后出现恢复性能问题的手段。  (2)在ER微阀门长时间工作后有规律的施加一定强度的拉伸流场能够有效改善阀门的工作持久性。拉伸流场强度是决定拉伸流场拉伸效果的主要因素,结果显示:拉伸流场强度越强,阀门的性能保持的越稳定。拉伸流场的作用时间对ER微阀门去电场之后的恢复情况的改善作用并不明显。本课题将拉伸流场对阀门恢复性能的改善作用上升到了应用级别,实验显示:只要拉伸流场拥有足够强度,小剂量的拉伸流场同样能够改善ER微阀门在长时间工作后的恢复情况。  (3)在阵列式阀门的响应同步性问题上,阀门流道的极板间隙对ER微阀门压降变化的影响远大于其他尺寸参数,在进行并联阀门加工时,各阀门流道平板间距的尺寸公差精度是需要首先考虑的因素。  (4)并联式阀门几何参数公差波动会造成各流道流量的差异,流道流量过量或不足会造成盲文凸点显示过高或不足,形成误显示。因此在涉及到阵列式阀门的尺寸加工精度时,必须保证阀门流道尺寸公差波动(主要是极板间隙h和流道宽度w)造成的各阀门流道流量差异在盲文显示装置正常范围之内,盲文显示装置才能正常显示。
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